Gli scienziati della MSU aiutano a scoprire il più alto

Università statale del Michigan

EAST LANSING, Michigan – A volte, il posto migliore per nascondere un segreto è in pieno giorno. Basta chiedere al sole.

"Il sole è più sorprendente di quanto pensassimo", ha detto Mehr Un Nisa, ricercatore associato presso la Michigan State University. "Pensavamo di aver capito questa stella, ma non è così."

Nisa, che presto entrerà a far parte della facoltà della MSU, è l'autore corrispondente di un nuovo articolo sulla rivista Physical Review Letters che descrive in dettaglio la scoperta della luce a più alta energia mai osservata dal sole.

Il team internazionale dietro la scoperta ha anche scoperto che questo tipo di luce, conosciuta come raggi gamma, è sorprendentemente brillante. Cioè, ce n'è più di quanto gli scienziati avessero previsto in precedenza.

Guardare come un HAWC

Sebbene la luce ad alta energia non raggiunga la superficie terrestre, questi raggi gamma creano firme rivelatrici che sono state rilevate da Nisa e dai suoi colleghi che lavorano con l'Osservatorio Cherenkov dell'acqua ad alta quota, o HAWC.

Finanziato dalla National Science Foundation e dal National Council of Humanities Science and Technology, HAWC è una parte importante della storia. A differenza di altri osservatori, funziona 24 ore su 24.

"Ora disponiamo di tecniche di osservazione che non erano possibili qualche anno fa", ha detto Nisa, che lavora presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Facoltà di Scienze Naturali.

"In questo particolare regime energetico, altri telescopi terrestri non potrebbero osservare il sole perché funzionano solo di notte", ha detto. "Il nostro è operativo 24 ore su 24, 7 giorni su 7."

Oltre a funzionare in modo diverso dai telescopi convenzionali, HAWC ha un aspetto molto diverso dal tipico telescopio.

Invece di un tubo dotato di lenti in vetro, HAWC utilizza una rete di 300 grandi serbatoi d’acqua, ciascuno riempito con circa 200 tonnellate d’acqua. La rete è incastonata tra due picchi vulcanici dormienti in Messico, a più di 13.000 piedi sopra il livello del mare.

Da questo punto di osservazione è possibile osservare le conseguenze dei raggi gamma che colpiscono l'aria nell'atmosfera. Tali collisioni creano i cosiddetti sciami d’aria, che sono un po’ come esplosioni di particelle impercettibili a occhio nudo.

L'energia del raggio gamma originale viene liberata e ridistribuita tra nuovi frammenti costituiti da particelle di energia inferiore e luce. Sono queste particelle – e le nuove particelle che creano durante la loro discesa – che HAWC può “vedere”.

Quando le particelle della doccia interagiscono con l'acqua nei serbatoi dell'HAWC, creano la cosiddetta radiazione Cherenkov che può essere rilevata con gli strumenti dell'osservatorio.

Nisa e i suoi colleghi hanno iniziato a raccogliere dati nel 2015. Nel 2021, il team aveva accumulato dati sufficienti per iniziare a esaminare i raggi gamma del sole con sufficiente attenzione.

"Dopo aver esaminato i dati di sei anni, è emerso questo eccesso di raggi gamma", ha detto Nisa. “Quando l'abbiamo visto per la prima volta, abbiamo pensato: 'Abbiamo decisamente incasinato tutto. Il sole non può essere così luminoso a queste energie.'”

Fare la storia

Il sole emette molta luce che abbraccia una gamma di energie, ma alcune energie sono più abbondanti di altre.

Ad esempio, attraverso le sue reazioni nucleari, il sole fornisce una tonnellata di luce visibile, cioè la luce che vediamo. Questa forma di luce trasporta un'energia di circa 1 elettronvolt, che è un'utile unità di misura in fisica.

I raggi gamma osservati da Nisa e dai suoi colleghi avevano circa 1 trilione di elettronvolt, o 1 tera elettronvolt, abbreviato 1 TeV. Non solo questo livello di energia era sorprendente, ma lo era anche il fatto che ne vedessero così tanta.

Negli anni ’90, gli scienziati avevano predetto che il sole poteva produrre raggi gamma quando i raggi cosmici ad alta energia – particelle accelerate da una centrale cosmica come un buco nero o una supernova – si scontrano con i protoni del sole. Ma, basandosi su ciò che si sapeva sui raggi cosmici e sul sole, i ricercatori hanno anche ipotizzato che sarebbe stato raro vedere questi raggi gamma raggiungere la Terra.